CN105556744A - 形成为金属计算设备外壳一部分的辐射结构 - Google Patents

Abstract

金属计算设备外壳包括界定金属背面(304)的至少一部分的一个或多个金属侧面(302)。金属计算设备外壳包括辐射结构，所述辐射结构包括金属计算设备外壳的外金属表面。金属计算设备外壳基本上包封计算设备的电子器件。外金属表面是通过介电插件(308)与金属计算设备外壳的其余部分绝缘的金属板(306)，所述介电插件填充位于金属板(306)及金属计算设备外壳的其余部分之间的槽。辐射结构还包括通过电介质隔片(316)与金属板(306)隔开的陶瓷块(314)。金属板与金属计算设备外壳的其余部分绝缘并且与陶瓷块电容耦合。

Description

形成为金属计算设备外壳一部分的辐射结构

背景

用于计算设备的天线表现出关于在一个或多个选择频率下接收和发送无线电波的挑战。这些挑战被将这种计算设备(以及它们的天线)容纳于金属外壳中的当前趋势所放大，因为金属外壳会屏蔽传入和传出的无线电波。减轻该屏蔽问题的一些已尝试的解决方案向计算设备的设计引入了结构上和制造上的挑战。

概述

此处描述和要求保护的实现方式通过从金属计算设备外壳的一部分形成天线组件作为主辐射结构，解决了上述问题。金属计算设备外壳包括界定金属背面的至少一部分的一个或多个金属侧面。金属计算设备外壳包括辐射结构，所述辐射结构包括金属计算设备外壳的外金属表面。金属计算设备外壳基本上包封计算设备的电子器件。外金属表面是通过介电插件与金属计算设备外壳的其余部分绝缘的金属板，所述介电插件填充位于金属板及金属计算设备外壳的其余部分之间的槽。辐射结构还包括通过电介质隔片与金属板隔开的陶瓷块。金属板与金属计算设备外壳的其余部分绝缘并且与陶瓷块电容耦合。

提供该概述以便以简化形式介绍概念的选集，所述概念在以下详细描述中被进一步描述。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

此处也描述和记载了其他实现方式。

附图简述

图1示出示例金属计算设备外壳的一个金属背面和两个金属侧面，所述示例金属计算设备外壳具有天线结构，所述天线结构具有包括金属计算设备外壳的一部分的天线结构。

图2示出计算设备的正面以及示例金属计算设备外壳的两个金属侧面，所述示例金属计算设备外壳具有天线结构，所述天线结构包括金属计算设备外壳的一部分。

图3示出包括金属计算设备外壳的一部分的示例天线结构。

图4示出包括金属计算设备外壳的一部分的另一示例天线结构。

图5示出包括金属计算设备外壳的一部分的又一示例天线结构，所述金属计算设备外壳包括一金属侧面、一金属背面以及一金属板。

图6示出用于使用在金属计算设备外壳中形成的天线结构的示例操作。

详细描述

图1示出示例金属计算设备外壳100的一个金属背面102以及两个金属侧面104和106，所述示例金属计算设备外壳100具有天线结构108，所述天线结构108包括金属计算设备外壳100的一部分。如图所示，天线结构108包括通过三个切口槽112、114和116与金属侧面104和金属背面102隔开的金属板110(例如，金属计算设备外壳100的金属侧面104的一部分或者另一金属板)。应当理解，金属板110可以被替代地形成为金属计算设备外壳100的背面102的一部分。金属板110的外表面被暴露(例如，金属板110的表面被暴露于用户的环境、可被用户触摸、等等)，而金属板110的内表面耦合至金属计算设备内部以内的馈送结构(未示出)。应当理解，多个这样的天线结构可形成于金属背面102或者金属计算设备外壳100的任一金属侧面中。

金属背面102以及各种金属侧面一般形成金属计算设备外壳100的背部，计算设备的电子组件和机械组件位于所述背部中。正面(未示出)一般包括显示表面，诸如触摸屏显示器。正面被组装至金属计算设备外壳100的背部以包封计算设备的电子组件，所述电子组件包括至少一个处理器、有形存储器(例如，存储器、磁性存储盘)、显示电子器件、通信电子器件、等等。

在一种实现方式中，天线结构108位于金属计算设备外壳100的外表面，以使金属计算设备外壳100的被暴露部分(例如，金属板110)作为辐射结构的一部分执行，所述辐射结构用于天线结构108的操作。金属板110以及侧面104的其余部分可以充当辐射结构。在其他实现方式中，天线结构108可以包括不是金属计算设备外壳100的一部分、而是单独金属板(可能是不同的金属或复合材料组合物构成的单独金属板)的金属板110，所述单独金属板连同金属侧面104形成被包封的金属计算设备外壳100的背部。这一辐射结构可以被设计为以特定频率谐振，以及/或者对于特定应用，这一辐射结构可以被设计为在一特定频率或频率集合下辐射非常有限的、或基本上为零的功率。

切口槽112、114和116被介电材料(例如，塑料)填充，从而在金属板110与金属侧面104和金属背面102之间提供绝缘并且闭合金属计算设备外壳100中的间隙。在一些实现方式中，插件可以具有电压相关的介电常数。金属板110还与和计算设备的正面的接触绝缘。尽管未示出，金属板110的四个边缘也可以与金属计算设备外壳100绝缘，例如通过介电材料的第四边缘、绝缘垫片、与计算设备前部中玻璃层的接触、等等。金属板110与金属计算设备外壳100其余部分的隔离以及与金属板110的外部暴露提供了与金属计算设备外壳100内的其他天线以及与金属计算设备100本身的低耦合。

金属计算设备外壳100被示出有金属侧面104、106与金属背面102之间的突变角。在其他实现方式中，少于四条边可以部分地界定金属背面102。此外，金属背面102以及金属侧面中的一个或多个可以在突变角处、在弯角处(例如，金属背面和金属侧面之间的连续弧)、或者在各种连续相交面组合中接合。而且，金属侧面不需要与金属背面垂直(例如，金属侧面可以位于相对于金属背面的钝角或锐角处)。在一种实现方式中，金属背面以及一个或多个金属侧面被集成到单件构造中，然而也构想了其他组装的配置。

在一种实现方式中，每个槽112、114和116的宽度为2mm，而槽112和114的长度为8mm，槽116的长度为29mm。然而应当理解，可以采用其他尺寸和配置。槽中或以其他方式围绕金属板110的塑料插件将金属板与金属计算设备外壳100的其余部分绝缘或隔离，所述其余部分可以接地。

图2示出计算设备200的正面202以及示例金属计算设备外壳的两个金属侧面204和206，所述示例金属计算设备外壳具有天线结构208，所述天线结构208包括金属计算设备外壳的一部分。在一种典型的实现方式中，正面202表示显示表面，可能包括触摸屏显示表面。计算设备200的电子组件和机械组件一般位于金属计算设备外壳的底部(例如，被金属计算设备外壳的金属侧面和金属背面围绕)。正面202一般被组装至背部以便完全包封计算设备200的电子组件和机械组件。

如图所示，天线结构208包括金属板210(例如，金属计算设备外壳的金属侧面204的一部分或另一金属板)，所述金属板210通过两个切口侧槽212和214以及金属板210和金属背面之间的背槽(未示出)与金属侧面204和金属背面隔开。金属板210的外表面被暴露(例如，金属板210的表面被暴露于用户的环境、可被用户触摸、等等)，而金属板210的内表面耦合至计算设备200内部的馈送结构(未示出)。应当理解，多个这样的天线结构可形成于金属背面202或者金属计算设备外壳的任一金属侧面中。

在一种实现方式中，天线结构208位于金属计算设备外壳的外表面，以使金属计算设备外壳的被暴露部分(例如，金属板210)作为辐射结构的一部分执行，所述辐射结构用于天线结构208的操作。在其他实现方式中，天线结构208可以包括不是金属计算设备外壳的一部分、而是单独金属板(可能是不同的金属或复合材料组合物构成的单独金属板)的金属板210，所述单独金属板连同金属侧面204形成被包封的金属计算设备外壳。

切口槽212、214和背槽被介电材料(例如，塑料)填充，从而在金属板210与金属侧面204和金属背面之间提供绝缘并且闭合金属计算设备外壳中的间隙。在一些实现方式中，插件可以具有电压相关的介电常数。金属板210还与和计算设备200的正面的接触绝缘。应当理解，尽管未示出，金属板210的四个边缘也与金属计算设备外壳绝缘，例如通过介电材料的第四边缘、绝缘垫片、与计算设备200前部中玻璃层的接触、等等。

如关于图1所述，金属侧面、金属背面和正面的相交点可以提供许多不同的配置，包括突变接面、连续接面、曲面、等等。

图3示出包括金属计算设备外壳的一部分的示例天线结构300，所述金属计算设备外壳包括金属侧面302、金属背面304以及金属板306。相应地，金属板306形成金属计算设备外壳的外金属表面。槽308、310和312将金属板306与金属侧面302和金属背面304电绝缘。槽308、310和312被介电材料(例如，塑料)填充，从而在金属板306与金属侧面302之间以及金属板306和金属背面304之间提供绝缘并且闭合金属计算设备外壳中的间隙。在一些实现方式中，插件可以具有电压相关的介电常数。

高介电常数陶瓷块314跨电介质隔片316电容耦合并由馈电结构317馈送，所述馈电结构317在无线电318和陶瓷块314上的金属表面319之间电气连接。陶瓷块314可以用作仅有的辐射结构，或者可以连同金属板306用作有源天线而周围金属计算设备外壳的其余部分用作寄生天线。

金属板306经由串联的和/或并联的谐振电路320(例如，包括电感器和/或电容器)连接至金属背面304的接地平面。谐振电路320允许多频带操作。例如，通过使用高频带或低通滤波器，可能在操作期间允许多个谐振频率。在另一示例中，陶瓷块314是谐振结构，谐振电路320被配置为在陶瓷天线的频率下开路。当谐振电路320短路时，金属板306由介电材料的电容所驱动。

陶瓷块314提供介电谐振天线作为用于激发金属板306的馈送机制。在该配置中，介电谐振天线提供了陶瓷块314内包含的谐振频率的大多数近场，这改进了对人手效果的免疫以及对所包含系统内的其他天线的低耦合。而且，金属板306向金属计算设备外壳的外部的暴露减少了到金属计算设备外壳本身的耦合，并且由此提高了天线结构300的效率。提供串行谐振电路320的实现方式可用于实现双频带天线设计。

图4示出包括金属计算设备外壳的一部分的另一示例天线结构400，所述金属计算设备外壳包括金属侧面402、金属背面404以及金属板406。相应地，金属板406形成金属计算设备外壳的外金属表面。槽408、410和412将金属板406与金属侧面402和金属背面404电绝缘。槽408、410和412被介电材料(例如，塑料)填充，从而在金属板406与金属侧面402之间以及金属板406和金属背面404之间提供绝缘并且闭合金属计算设备外壳中的间隙。在一些实现方式中，插件可以具有电压相关的介电常数。

高介电常数陶瓷块414跨电介质隔片416电容耦合并由馈电结构417馈送，所述馈电结构417在无线电418和陶瓷块414上的金属表面419之间电气连接。陶瓷块414可以用作仅有的辐射结构，或者可以连同金属板406用作有源天线而周围金属计算设备外壳的其余部分用作寄生天线。

金属板406经由串联电感器电路420连接至金属背面404的接地平面。串联电感器电路420允许天线的感应负载，以使得可以在不增加天线尺寸的情况下降低天线的工作频率。陶瓷块414提供介电谐振天线作为用于激发金属板406的馈送机制。在该配置中，介电谐振天线提供了陶瓷块414内包含的谐振频率的大多数近场，这改进了对人手效果的免疫以及对所包含系统内的其他天线的低耦合。而且，金属板406向金属计算设备外壳的外部的暴露减少了到金属计算设备外壳本身的耦合，并且从而提高了天线结构400的效率。提供串联电感器电路420的实现方式可用于实现用于全球定位系统(GPS)通信和全球导航卫星系统(GLONASS)通信中的单频带天线设计。串联电感器电路420的使用也可允许槽408、410和412比在其他配置中要窄。串联电感器电路420也可以使天线负载附加的电感，从而允许金属板对于给定的工作频率更小或者允许较大的金属板以较低频率工作。

此处描述的天线结构的各种实现方式包括具有电容式馈送/谐振介电天线的配置，所述天线激发金属计算设备外壳的外部金属特征。使用介电谐振天线作为馈送机制规定该介电天线的谐振频率的大多数近场被包含在陶瓷块内，从而提高了对人手效应的免疫、提供了到所包含的系统内的其他天线的较低耦合、并且减少了金属计算设备外壳本身的屏蔽效应。所述的配置还可以减少天线结构所占用的内部空间的量，特别是在较高谐振频率下。

图5示出包括金属计算设备外壳的一部分的又一示例天线结构，所述金属计算设备外壳包括金属侧面502、金属背面504以及金属板506。金属板506形成金属计算设备外壳的外金属表面。槽508、510和512将金属板506与金属侧面502和金属背面504电绝缘。槽508、510和512被介电材料(例如，塑料)填充，从而在金属板506与金属侧面502之间以及金属板506和金属背面504之间提供绝缘并且闭合金属计算设备外壳中的间隙。在一些实现方式中，插件可以具有电压相关的介电常数。

高介电常数陶瓷块514跨电介质隔片516电容耦合并由馈电结构517馈送，所述馈电结构517在无线电518和陶瓷块514上的金属表面519之间电气连接。陶瓷块514可以用作仅有的辐射结构，或者可以连同金属板506用作有源天线而周围金属计算设备外壳的其余部分用作寄生天线。

金属板506经由开关电感器电路520连接至金属背面504的接地平面。对于关于图4所述的单个电感器，开关电感器电路520允许对于给定的金属板506的较低工作频率；然而，开关电感器电路520所提供的多个感应估值供在多个工作频率间选择，并且因此提供了较宽的多频带频率操作范围。

陶瓷块514提供介电谐振天线作为用于激发金属板506的馈送机制。在该配置中，介电谐振天线提供了陶瓷块514内包含的谐振频率的大多数近场，这改进了对人手效果的免疫以及对所包含系统内的其他天线的低耦合。而且，金属板506向金属计算设备外壳的外部的暴露减少了到金属计算设备外壳本身的耦合，并且从而提高了天线结构500的效率。这种示例配置可以包括在金属板和接地平面之间添加开关电感器，用于低频带谐振调谐和/或自动阻抗匹配电路。

图6示出使用在金属计算设备外壳中形成的结构的示例操作600。形成操作602提供了金属计算设备外壳，所述金属计算设备外壳包括一金属背面以及界定该金属背面的至少一部分的一个或多个金属侧面。金属计算设备外壳还包括辐射结构，所述辐射结构具有用作到金属板的电容式馈送的陶瓷块，所述金属板位于金属计算设备外壳的外部上，诸如在金属侧面或金属背面中。一电路(例如，串联或并联谐振电路、串联电感器电路、开关电感器电路、等等)将金属板耦合至金属计算设备外壳的接地平面。

激发操作604激发金属计算设备外壳中的谐振结构，使谐振结构随时间以一个或多个谐振频率进行谐振。在许多配置中，辐射结构提供优越的全向性辐射性能。

还应当理解，侧面和/或背面的组合可能形成辐射结构的一部分。例如，在一种实现方式中，金属板定位于背面中的切口中，以使背面和金属板形成辐射结构的一部分。在其他实现方式中，金属板以一个或多个侧面和背面形成辐射结构的一部分的方式定位。

以上说明书、示例和数据提供了示例性实现方式的结构和用途的完整描述。由于可以作出许多实现方式而不背离所要求保护的发明的精神和范围，因此所附的权利要求书限定了本发明。而且，不同示例的结构特征可以在进一步的另一实现方式中组合，而不背离所记载的权利要求书。

Claims (15)

1.一种金属计算设备外壳，所述金属计算设备外壳包括界定金属背面的至少一部分的一个或多个金属侧面，所述金属计算设备外壳包括：

包括所述金属计算设备外壳的外金属表面的辐射结构，所述金属计算设备外壳基本上包封计算设备的电子器件。

2.如权利要求1所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述外金属表面是与所述金属计算设备外壳的其余部分绝缘的金属板。

3.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述金属板通过介电插件与所述金属计算设备外壳的其余部分绝缘，所述介电插件填充位于所述金属板和所述金属计算设备外壳的其余部分之间的槽。

4.如权利要求3所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述介电插件包括具有电压相关介电常数的介电材料。

5.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述辐射结构还包括通过介电隔片与所述金属板隔开的陶瓷块，所述金属板与所述金属计算设备外壳的其余部分绝缘并且与所述陶瓷块电容耦合。

6.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述辐射结构被配置成由无线电馈送以便经由与所述陶瓷块的电容耦合来激发所述金属板。

7.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述金属板通过串联谐振电路连接至所述金属计算设备的接地平面。

8.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述金属板通过并联谐振电路连接至所述金属计算设备的接地平面。

9.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述金属板通过串联电感器电路连接至所述金属计算设备的接地平面。

10.如权利要求2所述的金属计算设备外壳，其特征在于，所述金属板通过开关电感器电路连接至所述金属计算设备的接地平面。

11.一种方法，包括：

将辐射结构电容耦合至金属计算设备外壳的外部金属板，所述金属计算设备外壳包括金属背面以及界定所述金属背面的至少一部分的一个或多个金属侧面并且包封计算设备的电子器件，所述辐射结构包括用作对所述外部金属板的电容式馈送的陶瓷块。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

经由连接至无线电电路的馈送结构来激发所述辐射结构。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

通过串联谐振电路将所述外部金属板连接至所述金属计算设备的接地平面。

14.如权利要求11所述的方法，还包括：

通过串联电感器电路将所述外部金属板连接至所述金属计算设备的接地平面。

15.一种方法，包括：

激发辐射结构，所述辐射结构具有陶瓷块，所述陶瓷块用作对位于金属计算设备外壳的外表面上的金属板的电容式馈送，所述陶瓷块通过介电隔片与所述金属板间隔开，激发能量由连接至所述陶瓷块的无线电所提供。